發(fā)布時間：2020-11-08 09:56

　　 本文以某鋼廠單流薄板坯中間包為原型,應(yīng)用針對微米級夾雜物去除而新開發(fā)的雙層多孔擋墻及旋流型湍流抑制器二級控流裝置,探索新型中間包結(jié)構(gòu)。通過數(shù)學(xué)模擬與物理模擬相結(jié)合的方法,對不同結(jié)構(gòu)的新型中間包對鋼液流場及≤10μm夾雜物去除效果進(jìn)行分析評估;采用數(shù)學(xué)模擬方法,應(yīng)用離散相模型和湍流模型,對雙層填料擋墻局部區(qū)域建模,探究了雙層擋墻的內(nèi)部流場與小顆粒夾雜物運(yùn)動規(guī)律,并對采用多級控流裝置的新型中間包整體進(jìn)行模擬優(yōu)化;采用物理模擬方法,建立了1:2.5的中間包有機(jī)玻璃水模型,完成了流場顯示實驗、RTD曲線測定和微米級夾雜物去除模擬,對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗證與對比,主要結(jié)論如下:夾雜物模擬結(jié)果表明:微米級夾雜物的運(yùn)動軌跡與鋼液的流動軌跡基本一致,表明小顆粒夾雜物的運(yùn)動受流場影響顯著,而控流裝置對中間包流場的精細(xì)化調(diào)整能力為有效地提升≤10μm夾雜物的去除提供了可行方法。雙層填料擋墻局部模擬結(jié)果表明:填料層對微米級夾雜物的捕捉、過濾能力使帶填料雙層擋墻的整體去除率顯著高于無填料雙層擋墻,最高去除率高達(dá)88.64%,為無填料擋墻中最低去除率的2倍以上。RTD曲線分析表明:新型中間包各方案的活塞區(qū)體積分?jǐn)?shù)均高于原型中間包,最大升幅超過68%,同時大多數(shù)設(shè)計方案的死區(qū)體積分?jǐn)?shù)也低于原型中間包,鋼液混勻效果較好。流場模擬結(jié)果表明:擋墻開孔方式與斜向上30°傾角導(dǎo)流孔設(shè)計能直接改變鋼液流場,減少短路流發(fā)生,提升中間包下游區(qū)鋼液頂面流動的延伸距離,從而顯著提高夾雜物的去除;月牙形湍流抑制器在注流區(qū)能形成更高強(qiáng)度向上旋流,利于鋼液混勻和向中心聚集,促進(jìn)夾雜物碰撞長大,同時不易造成卷渣、鋼液裸露。導(dǎo)流孔牽引效應(yīng)導(dǎo)致導(dǎo)流孔外部出現(xiàn)明顯的高速流區(qū)域,而鋼液或夾雜物一旦進(jìn)入該區(qū)域會出現(xiàn)速度突變現(xiàn)象,很難再次脫離,研究表明速度突變位置在距離擋墻30~100mm以內(nèi),其中月牙形湍流抑制器能削弱該效應(yīng)。數(shù)學(xué)模擬與物理模擬的結(jié)果基本吻合,其中≤10μm夾雜物去除效果較好的方案為采用“月牙形湍流抑制器+X型開孔方式擋墻+47.5mm直徑填料球”的中間包,去除率約為87.84%,超過原型中間包相應(yīng)去除率18.35%。
【學(xué)位單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TF341.6
【部分圖文】：

圖 1.1 連鑄過程示意圖大量不同粒徑的夾雜物隨鋼液進(jìn)入鑄坯不僅影響其純凈度，還易造成不同表面和內(nèi)部缺陷，如偏析、疏松、裂紋等，這直接影響鑄坯的加工能力和最的質(zhì)量[2]。此外夾雜物從中間包進(jìn)入結(jié)晶器過程中會不斷沉積在浸入式水口

常見湍流抑制器示意圖

51.2.4.1 過濾機(jī)理過濾器去除夾雜物主要有三種機(jī)理，如圖1.3所示[21]。圖1.3 過濾器不同機(jī)理示意圖(a-篩網(wǎng)過濾；b-濾餅過濾；c-深床/深層過濾)（1）篩網(wǎng)過濾。此類機(jī)理如圖1.3(a)所示，屬物理過程。所有超出篩網(wǎng)尺寸的非流體雜質(zhì)都會被擋在外部表面，而低于其網(wǎng)徑的雜質(zhì)能和流體共同穿透裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種過濾機(jī)理適用于大粒徑的雜質(zhì)顆粒，常見于連鑄過程內(nèi)脫落的壁面材料、保護(hù)渣等。（2）濾餅過濾。此類機(jī)理如圖1.3(b)所示，非流體雜質(zhì)被裝置攔截在外表面并逐漸沉積，最終發(fā)展為所謂的濾餅結(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)的過濾層，發(fā)揮更強(qiáng)的效果。（3）深床或深層過濾。此類機(jī)理如圖1.3(c)所示，能用于實現(xiàn)對微細(xì)雜質(zhì)的過濾過程。微細(xì)夾雜被逐步吸附在裝置內(nèi)部的通道表面，運(yùn)動到達(dá)表面主要依靠自身慣性和流體推動
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本文編號：2874625